CN103299129A - 氧燃烧锅炉的运转控制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

实现氧燃烧锅炉的稳定运转的同时，可以达成强制风扇的裕度的扩大或强制风扇的小型化。在锅炉负荷指令变化从起始值A在目标时间T1达到目标值A1时，对源自氧制造装置的氧供给量进行调节，以使锅炉主体入口的入口氧浓度，从基准值B在目标时间T1，在入口氧浓度调整范围23内，达到入口氧浓度目标值B1的达到点B’，在到达达到点B’后，进行将入口氧浓度在恢复点B’’恢复到基准值B的控制，以比起始值F的强制风扇风量在目标时间T1达到风量目标值F1时的变化率C1’小的变化率C1进行控制。

Description

氧燃烧锅炉的运转控制方法及装置
技术领域
本发明涉及氧燃烧锅炉的运转控制方法以及装置。
背景技术
近年，从防止全球变暖的观点考虑，要求降低二氧化碳等温室效应气体的排出量，将从锅炉主体排出的废气中的二氧化碳回收并废弃处理到地下或海洋的技术得到开发。
因此，提出了适于将源自氧燃烧锅炉的废气中的二氧化碳回收并废弃处理到地下或海洋的氧燃烧锅炉系统(专利文献1)。专利文献1中记载的氧燃烧锅炉系统中，将废气处理设备的下游侧且二氧化碳分离设备的上游侧的废气通过废气再循环系统抽出，将所抽出的废气通过再循环风扇(强制风扇)供给到锅炉的燃烧器的同时，通过煤粉碎磨供给到燃烧器。
现有技术
专利文献
专利文献1：日本特开2009-270753号公报。
发明内容
图1表示专利文献1中记载的以往的氧燃烧锅炉系统中、基于输出指令(MWD)锅炉负荷指令增加时的通常的控制，图2表示锅炉负荷指令减少时的通常的控制。如图1(a)、图2(a)所示，锅炉负荷指令，通过增加指令W1和减少指令W2而从起始值A在目标时间T1、T2变化为目标值A1、A2时，对从高纯度氧制造装置供给的氧的流量进行调节以使锅炉主体的出口氧浓度与出口氧浓度设定值相等，并且，进行调节以使图1(c)、图2(c)所示的作为废气循环流量的强制风扇风量从起始值F在前述目标时间T1、T2达到风量目标值F1、F2，从而使得锅炉主体的入口氧浓度与入口氧浓度设定值相等(即，如图1(b)、图2(b)所示，入口氧浓度保持恒定的设定值X)。
上述专利文献1中记载的氧燃烧锅炉设备中，进行调节以使强制风扇流量从起始值F在目标时间T1、T2达到风量目标值F1、F2，从而使得入口氧浓度保持恒定的设定值X，但是强制风扇风量的控制存在时间延迟，为了达成在目标时间T1、T2达到风量目标值F1、F2的控制，而进行预计了前述延迟的先行控制。由于这种先行控制，如图1(c)所示，在达到风量目标值F1的目标时间T1时已经供给过量风量，即使在该时刻将强制风扇的风量调节为风量目标值F1，也会存在产生被称为超调量S(overshoot S)的过量风量的问题，另外，如图2(c)所示，在达到风量目标值F2的目标时间T2时风量不足，即使在该时刻将强制风扇风量调节为风量目标值F2，也会存在产生被称为负超调量(undershoot)S’的不足风量的问题。
如此若强制风扇的风量产生超调量S或负超调量S’则强制风扇不能稳定运转的同时，若在锅炉负荷指令增加到最大值时强制风扇产生超调量S，则风扇的裕度(余裕（margin）)达到极限，存在不能稳定运转的问题，为了防止这种问题，以预计了超调量S量的裕度设计强制风扇，以及通常使用大型的强制风扇。
本发明是鉴于上述实情而进行的，其目的在于，提供实现氧燃烧锅炉的稳定运转的同时，可以达成强制风扇的裕度的扩大或强制风扇的小型化的氧燃烧锅炉的运转控制方法以及装置。
本发明的氧燃烧锅炉的运转控制方法，为将锅炉主体出口的废气的一部分作为再循环气体通过强制风扇供给到锅炉主体入口的同时，向前述锅炉主体入口供给通过氧制造装置制造的氧，进行氧燃烧的氧燃烧锅炉的运转控制方法，其包括进行下述控制：在锅炉负荷指令从起始值在目标时间达到目标值进行变化时，配合负荷的增减对源自前述氧制造装置的氧供给量进行调节，以使前述锅炉主体入口的入口氧浓度，从基准值在前述目标时间，在入口氧浓度调整范围内，达到入口氧浓度目标值的达到点，进行调节的控制，使得起始值的强制风扇风量，以比在前述目标时间达到风量目标值时的变化率小的变化率达到风量目标值。
前述氧燃烧锅炉的运转控制方法中，包括：在前述入口氧浓度在前述目标时间达到前述入口氧浓度目标值的前述达到点后，进行在达到时间后的恢复点将入口氧浓度恢复到前述基准值的控制，进行使前述目标时间后的强制风扇风量维持前述小的变化率，在前述入口氧浓度达到前述入口氧浓度目标值的达到点达到风量目标值的控制。
前述氧燃烧锅炉的运转控制方法中，包括：在前述入口氧浓度在前述目标时间达到前述入口氧浓度目标值的前述达到点后，进行维持该达到时的入口氧浓度作为入口氧浓度目标值的控制，进行前述目标时间达到后的强制风扇风量维持以前述小的变化率达到目标时间时的强制风扇风量作为风量目标值的控制。
本发明的氧燃烧锅炉的运转控制装置，为将锅炉主体出口的废气的一部分作为再循环气体通过强制风扇供给到锅炉主体入口的同时，向前述锅炉主体入口供给通过氧制造装置制造的氧，进行氧燃烧的氧燃烧锅炉的运转控制装置，其中，具有输入了源自测定前述锅炉主体入口的入口氧浓度的氧浓度计的入口氧浓度信号、锅炉负荷指令、入口氧浓度调整范围的控制装置，该控制装置包括下述控制：在前述锅炉负荷指令变化以从起始值在目标时间达到目标值时，配合负荷的增减对源自前述氧制造装置的氧供给量进行调节，以使前述锅炉主体入口的入口氧浓度，从基准值在前述目标时间，在入口氧浓度调整范围内，达到入口氧浓度目标值的达到点，进行将达到前述达到点的入口氧浓度在达到时间后的恢复点恢复到前述基准值的控制，进行控制使得起始值的强制风扇风量，以比在前述目标时间达到风量目标值时的变化率小的变化率达到风量目标值，或者，在前述入口氧浓度在前述目标时间达到前述入口氧浓度目标值后，进行维持该达到时的入口氧浓度作为入口氧浓度目标值的控制，进行前述目标时间达到后的强制风扇风量维持以前述小的变化率达到目标时间时的强制风扇风量作为风量目标值的控制。
根据本发明的氧燃烧锅炉的运转控制方法以及装置，通过在锅炉负荷指令变化时，在入口氧浓度调整范围内调整锅炉主体入口的入口氧浓度，能够以小的变化率控制强制风扇风量，由此，与以往相比，可以大量减小强制风扇风量达到风量目标值时产生的超调量或负超调量。因此可以发挥下述优异效果：实现氧燃烧锅炉的稳定运转，并且可以达成强制风扇的裕度的扩大或强制风扇的小型化。
附图说明
[图1] 为表示以往的氧燃烧锅炉设备中锅炉负荷指令增加时的控制方法的图，(a)为锅炉负荷指令从起始值增加到目标值的线图，(b)为表示入口氧浓度的设定值的线图，(c)为强制风扇风量从起始值增加到强制风扇风量目标值的线图。
[图2] 为表示以往的氧燃烧锅炉设备中锅炉负荷指令减少时的控制方法的图，(a)为锅炉负荷指令从起始值减少到目标值的状态的线图，(b)为表示入口氧浓度的设定值的线图，(c)为表示强制风扇风量从起始值减少到强制风扇风量目标值的状态的线图。
[图3] 为本发明的实施例的氧燃烧锅炉的运转控制装置的框图。
[图4] 为表示锅炉负荷指令增加时的本发明的控制方法的图，(a)为表示锅炉负荷指令从起始值增加到目标值的状态的线图，(b)为表示入口氧浓度从基准值增加到入口氧浓度目标值的状态的线图，(c)为表示强制风扇风量从起始值增加到强制风扇风量目标值的状态的线图。
[图5] 为表示锅炉负荷指令减少时的本发明的控制方法的图，(a)为表示锅炉负荷指令从起始值减少到目标值的状态的线图，(b)为表示入口氧浓度从基准值减少到入口氧浓度目标值的状态的线图，(c)为表示强制风扇风量从起始值减少到强制风扇风量目标值的状态的线图。
[图6] 为表示对改变入口氧浓度来进行氧燃烧时的火炉吸热与稳定的空气燃烧时的火炉吸热进行了比较的火炉解析试验的结果的图。
符号说明
1 锅炉主体
7 强制风扇
8 氧制造装置
19 控制装置
20 氧浓度计
21 入口氧浓度信号
22 锅炉负荷指令
23 入口氧浓度调整范围
A 起始值
A1、A2 目标值
B 基准值
B’ 达到点
B1、B2 入口氧浓度目标值
B’’ 恢复点
C1、C2 变化率
C1’、C2’ 变化率
F 起始值
F1、F2 风量目标值
T1、T2 目标时间。
具体实施方式
以下将本发明的实施方式和图示例一同进行说明。
图3为本发明的实施例的氧燃烧锅炉的运转控制装置的框图，图3中，1为锅炉主体、2为入口管道、3为出口管道。入口管道2，将从空气取入口4取入的空气通过具备空气取入调节风门5和导叶6的强制风扇7供给到锅炉主体1，向前述入口管道2的强制风扇7下游，通过氧供给调节风门9供给源自氧制造装置8的氧。起动锅炉主体1时，利用由空气取入口4取入的空气进行燃烧，进行锅炉主体1的升温后，使空气取入调节风门5关紧的同时打开氧供给调节风门9供给源自氧制造装置8的氧，以及打开后述的循环调节风门15再循环废气，由此转换为氧燃烧。
出口管道3，将源自锅炉主体1的废气，通过废气处理装置系统10和具备导叶11的引风机12导到烟囱13。
前述出口管道3的废气处理装置系统10的出口与前述入口管道2的强制风扇7入口之间通过循环管道14连接，在该循环管道14配置循环调节风门15，将废气处理装置系统10出口的废气再循环到强制风扇7入口。另外，将前述循环管道14的循环调节风门15入口的废气的一部分，通过具有取出调节风门16的废气取出管道17供给到二氧化碳处理装置18而通过液化等取出二氧化碳。这种氧燃烧的稳定运转状态，即，氧供给调节风门9打开供给氧，循环调节风门15打开将废气再循环时，空气取入调节风门5为全部关闭。
图3中，19为控制装置，对该控制装置19，输入源自测定前述锅炉主体1入口的入口氧浓度的氧浓度计20的入口氧浓度信号21的同时，输入基于输出指令(MWD)的锅炉负荷指令22，进而输入预先设定的入口氧浓度调整范围23。虽然图3未示出，但是基于前述锅炉负荷指令22对供给到锅炉主体1的燃料的供给量进行控制，因此，将与基于前述锅炉负荷指令22的燃料的供给量对应的规定的氧，通过前述氧供给调节风门9供给到入口管道2。
需要说明的是，上述入口氧浓度调整范围23，为通过本发明人的试验得到的保持稳定的氧燃烧的锅炉的入口氧浓度的范围，判明该入口氧浓度调整范围23优选为24%～30%氧浓度。
本发明人实施了求出改变入口氧浓度来进行氧燃烧时的火炉吸热的火炉解析试验，并与稳定的空气燃烧(21%O2)时的火炉吸热进行了比较。其中，将由氧制造装置8通过氧供给调节风门9供给到锅炉主体1的氧控制恒定，以与供给到锅炉主体1的燃料对应。因此，前述入口氧浓度的变化，通过打开循环调节风门15，并且通过导叶6调节强制风扇7的风量而调节废气的再循环量来进行。即，为了增加入口氧浓度，通过强制风扇7减少废气的再循环量，为了降低入口氧浓度，通过强制风扇7增加废气的再循环量。
上述试验的结果，如图6所示可知，以27%左右的氧浓度燃烧时的火炉吸热，与稳定状态下燃烧的空气燃烧时的火炉吸热(将其作为100%)同等。另外，在锅炉火炉1中实施燃烧试验后判明，以27%左右的氧浓度燃烧时的火焰表现出与前述稳定状态下空气燃烧时的火焰同等的亮度和温度。
判明若前述入口氧浓度低于24%氧浓度，则火焰的亮度变暗，燃烧性变差而导致煤未燃部分的增加、CO的显著产生。另外判明，若前述入口氧浓度高于30%氧浓度，则如前所述，废气的再循环量减少，锅炉主体1的燃烧器通过气体量减少，由此，利用与空气燃烧同样的燃烧器时，火焰飞灭（吹き飛ぶ）等可能性增加，火焰的稳定维持产生问题。因此，本发明中，将前述入口氧浓度调整范围23设定为24%～30%的氧浓度。
于是，前述控制装置19，基于锅炉负荷指令22、源自氧浓度计20的入口氧浓度信号21、和入口氧浓度调整范围23，通过前述氧供给调节风门9控制氧供给量以及通过导叶6控制强制风扇7的风量。进而，前述控制装置19，通过导叶11控制引风机12的风量，通过空气取入调节风门5控制空气的供给、阻断，通过循环调节风门15控制废气的循环量，通过取出调节风门16控制二氧化碳的取出量。
接着对上述实施例中的工作进行说明。
图3的锅炉主体1通过空气燃烧而起动后进行氧燃烧的稳定的运转状态下，基于输出指令(MWD)的锅炉负荷指令22增减时的通过前述氧供给调节风门9控制的氧供给量，以及通过导叶6控制的强制风扇7的风量(通过打开循环调节风门15实现的废气再循环量)为如下所述进行控制。
如图4(a)所示，锅炉负荷指令通过增加指令W1增加从起始值A在目标时间T达到目标值A1时，对于锅炉主体1入口的入口氧浓度而言，进行以变化率b增加源自氧制造装置8的氧供给量的调节，从而如图4(b)所示，从基准值B在前述目标时间T1在入口氧浓度调整范围23内达到入口氧浓度目标值B1的达到点B’，达到达到点B’后，进行入口氧浓度例如以与增加时的变化率b相同的变化率b’减少而在恢复点B’’恢复到基准值B的控制。此时，由于锅炉主体1的入口氧浓度保持在24%～30%的入口氧浓度调整范围，因而通过锅炉主体1进行的稳定燃烧得到确保。
在进行上述入口氧浓度控制的同时，如图4(c)所示，对强制风扇7的风量进行控制。对强制风扇7风量进行下述控制：从起始值F增加，以在前述图4(b)的入口氧浓度恢复到基准值B的恢复点B’’的达到时间T3达到风量目标值F1的变化率C1进行增加。该变化率C1可以是，与前述强制风扇风量从起始值F在前述目标时间T1达到风量目标值F1时的变化率C1’相比，大幅减小的变化率。如此，强制风扇7风量以小的变化率C1缓慢增加，从而在比目标时间T1慢的达到时间T3达到风量目标值F1，因此可以使得超调量的产生小。需要说明的是，前述入口氧浓度的基准值B，若在入口氧浓度调整范围23内则为任意，另外，锅炉负荷指令的起始值A和强制风扇7风量的起始值F也为任意。
另一方面，如图5(a)所示，锅炉负荷指令通过减少指令W2减少以从起始值A在目标时间T2达到目标值A2时，对于锅炉主体1入口的入口氧浓度而言，进行以变化率b’减少源自氧制造装置8的氧供给量的调节，从而如图5(b)所示，使其从基准值B在前述目标时间T2在入口氧浓度调整范围23内达到入口氧浓度目标值B2的达到点B’，达到达到点B’后，进行入口氧浓度例如以与减少时的变化率b’相同的变化率b增加而在恢复点B’’恢复到基准值B的控制。
在进行上述入口氧浓度控制的同时，如图5(c)所示，对强制风扇7的风量进行控制。对强制风扇7风量进行下述控制：从起始值F减少，以在前述图5(b)的入口氧浓度恢复到基准值B的恢复点B’’的达到时间T3达到风量目标值F2的变化率C2进行减少。该变化率C2可以是与前述强制风扇风量从起始值F在前述目标时间T2达到风量目标值F2时的变化率C2’相比，大幅减小的变化率。如此，强制风扇7风量以小的变化率C2缓慢减少，从而在比目标时间T2慢的达到时间T3达到风量目标值F2，因此可以使得负超调量的产生小。
另外，本发明中，可以实施与上述控制方法类似的不同的控制方法。
即，图4(b)、图5(b)中的前述入口氧浓度从基准值B达到入口氧浓度目标值B1、B2的达到点B’后，为了如点划线所示，维持原值的入口氧浓度目标值B1、B2，对强制风扇风量，直至前述目标时间T1、T2为止以与前述变化率C1、C2相同的小的变化率进行控制，达到前述目标时间T1、T2后，如点划线所示，进行控制从而维持目标时间T1、T2达到时的值作为风量目标值F1’、F2’。因此，强制风扇7风量，直至目标时间T1、T2为止以小的变化率C1、C2缓慢变化，因此可以使得超调量或负超调量的产生小。
根据上述本发明的实施例，锅炉负荷指令变化时，对于锅炉主体1入口的入口氧浓度在入口氧浓度调整范围23内进行调整，由此对于强制风扇风量以小的变化率C1、C2进行控制，也能够稳定地燃烧，由此，与以往相比，可以大幅减小强制风扇风量达到风量目标值F1、F2、F1’、F2’时产生的超调量或负超调量。因此，可以实现氧燃烧锅炉的稳定运转，达成强制风扇7的裕度的扩大或强制风扇7的小型化。
需要说明的是，本发明的氧燃烧锅炉的运转控制方法和装置，并非仅限于上述实施例，不言而喻在不脱离本发明的要旨的范围内可以进行各种变更。
工业实用性
本发明的氧燃烧锅炉的运转控制方法以及装置，在锅炉负荷指令变化时，对于锅炉主体的入口氧浓度在入口氧浓度调整范围内进行调整，由此能够以小的变化率对强制风扇风量进行控制，从而可以在与以往相比大幅减小强制风扇风量达到风量目标值时产生的超调量或负超调量时适用。

Claims (4)

1.氧燃烧锅炉的运转控制方法，其为将锅炉主体出口的废气的一部分作为再循环气体通过强制风扇供给到锅炉主体入口，同时将通过氧制造装置制造的氧供给到所述锅炉主体入口，进行氧燃烧的氧燃烧锅炉的运转控制方法，其进行下述控制：在以锅炉负荷指令从起始值在目标时间达到目标值的方式进行变化时，配合负荷的增减对源自所述氧制造装置的氧供给量进行调节，以使所述锅炉主体入口的入口氧浓度从基准值在所述目标时间，在入口氧浓度调整范围内，达到入口氧浓度目标值的达到点，进行调节使得起始值的强制风扇风量，以比在所述目标时间达到风量目标值时的变化率小的变化率达到风量目标值。
2.如权利要求1所述的氧燃烧锅炉的运转控制方法，其中，在所述入口氧浓度在所述目标时间达到所述入口氧浓度目标值的所述达到点后，进行在达到时间后的恢复点将入口氧浓度恢复到所述基准值的控制，进行所述目标时间后的强制风扇风量维持所述小的变化率，在所述入口氧浓度达到所述入口氧浓度目标值的达到点达到风量目标值的控制。
3.如权利要求1所述的氧燃烧锅炉的运转控制方法，其中，所述入口氧浓度在所述目标时间达到所述入口氧浓度目标值的所述达到点后，进行维持该达到时的入口氧浓度作为入口氧浓度目标值的控制，进行将所述目标时间达到后的强制风扇风量维持以所述小的变化率达到目标时间时的强制风扇风量作为风量目标值的控制。
4.氧燃烧锅炉的运转控制装置，其为将锅炉主体出口的废气的一部分作为再循环气体通过强制风扇供给到锅炉主体入口，同时将通过氧制造装置制造的氧供给到所述锅炉主体入口，进行氧燃烧的氧燃烧锅炉的运转控制装置，其中，具有输入了源自测定所述锅炉主体入口的入口氧浓度的氧浓度计的入口氧浓度信号、锅炉负荷指令、入口氧浓度调整范围的控制装置，该控制装置，在以所述锅炉负荷指令从起始值在目标时间达到目标值的方式进行变化时，配合负荷的增减对源自所述氧制造装置的氧供给量进行调节，以使所述锅炉主体入口的入口氧浓度从基准值在所述目标时间，在入口氧浓度调整范围内，达到入口氧浓度目标值的达到点，进行将达到所述达到点的入口氧浓度在达到时间后的恢复点恢复到所述基准值的控制，进行控制使得起始值的强制风扇风量，以比在所述目标时间达到风量目标值时的变化率小的变化率达到风量目标值，或者，在所述入口氧浓度在所述目标时间达到所述入口氧浓度目标值后，进行维持该达到时的入口氧浓度作为入口氧浓度目标值的控制，进行将所述目标时间达到后的强制风扇风量维持以所述小的变化率达到目标时间时的强制风扇风量作为风量目标值的控制。
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